KR20210127134A

KR20210127134A - 가스 배출용 분사 장치, 공정 가스 공급용 공정 가스 시스템, 및 재료의 열적 또는 열화학적 처리용 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20210127134A
Application number: KR1020217020199A
Authority: KR
Inventors: 아리안 에스페하니안; 다니엘 힙
Original assignee: 원준 게엠베하
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-10-21
Also published as: EP3897950A1; WO2020127460A1; JP2022514366A; DE102018133362A1; CN113195089A; US20220072496A1; CN113195089B

Abstract

가스(54), 특히 공정 가스(54)를 재료(12), 특히 하소될 배터리 캐소드 재료(14) 상으로 배출하기 위한 분사 장치(56)는, 그를 통해 분사 장치(56)에 가스(54)를 공급할 수 있는 적어도 하나의 입구(58) 및 그를 통해 가스(54)를 분사 장치(56)로부터 배출할 수 있는 적어도 하나의 출구(60)를 구비하고, 입구 및 출구는 가스(54)용 유로(62)에 의해 서로 연결된다. 본 발명에 따르면, 유로(62)는 주변 분위기(66)에 대해 외부에서 접근 할 수 있고 덕트 장치(70)가 통합된 열교환기 하우징(68)이 있는 열교환기(64)를 갖는다. 덕트 장치(70)는 가스(54)가 제1 및 제2 유동 덕트(72.1, 72.2)를 통해 상이한 메인 흐름방향으로 흐를 수 있도록 그 사이에 방향 전환 영역(74.1)이 형성된 제1 유동 덕트(72.1) 및 제2 유동 덕트(72.2)를 포함한다. 본 발명은 또한 가스(54)를 공급하기 위한 공정 가스 시스템(52) 및 장치(10) 그리고 재료의 열적 또는 열화학적 처리를 위한 방법에 관한 것이다.

Description

가스 배출용 분사 장치, 공정 가스 공급용 공정 가스 시스템, 및 재료의 열적 또는 열화학적 처리용 장치 및 방법

본 발명은 가스를 공급하기 위한 분사 장치(injection device), 공정 가스(process gas)를 공급하기 위한 공정 가스 시스템, 그리고 재료, 특히 배터리 캐소드 재료의 열적 또는 열화학적 처리, 특히 하소(calcination)용 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 대한 설명

예를 들어 노(furnace)에서 리튬 이온 배터리를 생산할 때, 하소용 장치 및 방법의 도움을 받아서, 분말 캐소드 재료에 대한 하소를 특정 분위기, 특히 불활성 또는 산소 함유 분위기에서 수행된다.

분말 캐소드 재료는, 예를 들어 리튬 전이 금속 산화물을 제공하기 위해 노에서 하소되는 리튬 함유 전이 금속 전구체이다. 이 과정에서, 수산화 리튬 또는 탄산 리튬 전구체가 사용되는지의 여부에 따라, 리튬 함유 전이 금속 전구체에서 물(H₂O) 또는 이산화탄소(CO₂)가 배기 가스로서 유리(liberate)된다.

산소 함유 분위기를 유지하기 위해서, 신선한 공정 가스를 공정 공간에 반입하고, 형성된 물(H₂O) 또는 이산화탄소(CO₂)는 공정 공간 분위기(process space atmosphere)를 연속적 또는 간헐적으로 추출하여 연소 공간에서 제거 한다. 추출은 낮은 가스 분압을 가진 공간을 형성하게 하여서, 낮은 가스 분압은 추가의 신선한 공정 가스를 계속하여 반입할 필요가 있게 한다.

그러나 기본적으로, 그러한 장치 및 방법은 또한 예를 들어 공정 가스의 존재하에 상응하게 열적 또는 열화학적으로 처리되어야 하는 공작물 일 수 있는 다른 재료의 열처리용으로도 사용된다.

이러한 노의 온도는 최대 2000℃ 까지 오를 수 있다. 본 발명은 전술한 바와 같은 캐소드 재료의 열처리의 예를 사용하여 예시할 것이다. 그러한 재료의 하소 동안의 온도는 처리될 재료와 사용되는 노의 유형에 따라 그 자체로 알려진 방식에 따라 달라진다.

시장에서 알려진 재료를 하소하기 위한 장치 및 방법에 있어서는, 공정 공간으로 분사되는 공정 가스가, 공정 공간에 이미 존재하는 대기와 함께 처리될 재료로 가는 도중에 혼합된다. 따라서 최종적으로 재료에 도달하는 혼합 가스는, 한편으로는 감소된 농도의 공정 가스를 포함하고, 다른 한편으로는, 공정 공간 분위기에 이미 존재하는 배기 가스를 포함한다. 따라서 처리될 재료에 대한 공정 가스의 영향은 만족스럽지 않은 방식으로 만 영향을 받을 수 있고, 제한된 범위에서만 재료에 우세한 대기에 대한 조절 및 제어가 가능하다.

이러한 처리에서는, 또한 노의 공정 공간의 온도 수준을 일정하게 유지하는 것도 필요하다. 이를 보장하기 위해, 공정 가스는 공정 공간에서 우세한 온도로 적절하게 가열되어야 한다. 일반적으로 공정 가스에 대한 이러한 가열은 가열 장치를 통해 열을 생성하는 데 필요한 에너지를 사용하여 능동적으로 가열 된다. 활발하게 가열된 공정 가스는 예를 들어 주로 노 외부에 존재하는, 그러나 부분적으로는 노의 벽에도 있는 가스 도관에서 송풍기에 의해 생성되는 가스 흐름을 통해 배터리 캐소드 재료 주위의 주변 영역으로 전달된다. 열 에너지의 손실을 방지하기 위해서는 노의 외부에 있는 가스 도관을 절연하기 위한 비용이 많이들고 복잡한 조치가 필요하다.

그러나 공급된 공정 가스의 온도는 일반적으로 공정 공간 대기의 온도보다 상당히 낮다. 공급된 공정 가스는 처리할 재료에 도달하기 전에 종종 충분히 가열되지 않거나 재료로 가는 도중에 열 에너지를 손실하여, 불완전한 반응을 초래 할 수 있다. 또한, 차가운 공정 가스는 재료 캐리어 또는 컨베이어 시스템의 다른 구성요소에서 열을 흡수 할 수 있으며, 이로 인해 열 응력이 발생하여 심한 마모를 유발할 수 있고, 노의 구성 요소 및 구성 부품의 조기 고장을 발생할 수도 있다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 가스를 공급하기 위한 분사 장치, 공정 가스를 반입하기 위한 공정 가스 시스템과, 전술한 종래 기술의 단점을 상쇄하는 열적 또는 열화학적 처리를 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이며, 이는 공정 공간에 존재하는 열을 가스/공정 가스에 수동적이고 에너지 효율적인 방식으로 최적하게 전달하는 것이다.

본 발명의 목적은 가스, 특히 공정 가스를 재료, 특히 하소(calcine) 될 배터리 캐소드 재료에 공급하기 위한 본 발명에 따른 분사 장치에 의해 달성되며, 분사 장치는:

a) 가스의 유로(flow path)에 의해 서로 연결된, 가스를 분사 장치로 이송 할 수 있게 하는 적어도 하나의 입구 및 분사 장치로부터 가스를 배출 할 수 있는 적어도 하나의 출구를 포함하며;

b) 유로는, 외부로부터 주변 대기로 접근 할 수 있고 채널 배열이 수용되는 열교환기 하우징을 갖는 열교환기를 구비하고;

c) 채널 배열은, 가스가 제1 및 제2 유동 채널을 통해 상이한 메인 흐름 방향으로 흐를 수 있는 방식으로 전환 영역(diversion region)이 형성되는 제1 유동 채널 및 제2 유동 채널을 포함한다.

이러한 분사 장치는 공정 공간에 이미 존재하는 공정 공간 분위기의 열을 공정 가스를 가열하는 데 효과적으로 활용할 수 있게 하여, 전체 효율을 전반적으로 향상시킨다. 이를 위해서, 공정 공간 분위기가 열교환기 하우징 주위에 흐름을 갖거나 상기 하우징이 적어도 공정 공간 분위기로 둘러 싸여 있어서 열전달을 가능하게 하는 식으로, 분사 장치를 노에 배치 한다. 노의 분위기로부터 또는 노의 내부로부터 분사 장치로 전해지는 열은 흐름뿐만 아니라 때로는 주로 복사에 의해서도 영향을 받는다. 노 에서의 흐름이 없을 때에도 열은 전달된다.

따라서 열교환기 하우징은 흐름이 거의 없거나 정적인 공정 공간 분위기에 배치 될 수 있다. 이하에서는, 열교환기 하우징이 이동하는 공정 공간 분위기에 의해 주위를 흐른다고 가정한다.

적용 영역에 따라, 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구가 대칭 축에 대해 기본적으로 거울 대칭식으로 또는 비대칭적으로 배치되는 것이 유리할 수 있다.

또한, 바람직하게 채널 배열이 제1 및 제2 유동 채널에 추가하여 제3 유동 채널을 포함하고, 가스가 상이한 메인 흐름방향으로 제2 및 제3 유동 채널을 통해 흐를 수 있도록 제3 및 제2 유동 채널 사이에 제2 전환 영역이 형성 된다. 유동 채널은 바람직하게 채널 배열 내에서 구불구불한 유로를 형성 한다.

구불구불한 유로는 2차원 S-유로 또는 3차원 채널 배열의 경우에 존재할 수 있으며, 예를 들어 흐름이 적어도 2회 전환되고 그리고 서로 일정 각도로, 특히 서로 직각으로 있는 2개 평면에서 발생하는 코일형 유로를 나타낸다.

이를 위해서, 제1 및 제2, 제1 및 제3, 또는 제2 및 제3 유동 채널이 바람직하게 공통 평면을 형성하며, 상기 제3 또는 제2 또는 제1 유동 채널은 상기 평면에 대해 오프셋 되거나 또는 평면에 대해 일정 각도로 배치된다. 이러한 유동 채널의 배치에서, 유동 채널을 통해 흐르는 가스는 형성된 평면 내에서 한 번 그리고 형성된 평면에서부터 한 번 다른 평면으로, 즉, 예를 들어 왼쪽/오른쪽 또는 위쪽/아래쪽으로 전환된다. 여기서는, 각각의 유동 채널에서 메인 흐름방향에 대해 20°내지 180°의 각도로 전환하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 180°의 전환은 메인 흐름방향을 이전 유동 채널의 메인 흐름방향과 반대방향으로 변경하는 것이다.

바람직하게, 채널 배열이 하나 이상의 추가 유동 채널 및 각각의 경우에 각각의 추가 유동 채널 전방에서 전환 영역을 포함하여, 가스가 3개의 유동 채널에 더하여 2개의 연속 유동 채널을 통해 상이한 메인 흐름방향으로 흐를 수 있다.

이러한 방식으로 예를 들어 하우징 내에 가용 구조 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. 하우징을 변경하지 않은 경우, 필요한 유로 단면적의 감소는 한편으로는 가스의 접촉 면적을 증가시키고, 다른 한편으로는 가스의 유속을 증가시켜서, 함께 커버된 거리에 대한 가스 흐름으로 전달되는 열 에너지를 증가시킨다.

열교환기에서 이를 통해 흐르는 가스로의 열전달의 효율을 높이기 위해서, 바람직하게 코어 구조는 하나 이상의 유동 채널에 제공 된다. 이러한 코어 구조는, 유동 채널을 통해 흐르는 가스가 코어 구조를 갖지 않은 유동 채널의 열전달 영역과 대비되는 열적으로 상호작용하는 열전달 영역을 증가시킨다. 코어 구조는 흐름 가이드 요소 또는 열교환기 하우징의 내부 표면에 배치 될 수 있다. 그러나, 코어 구조는 또한 이들이 유동 채널 내의 가스용 환형 공간을 형성하는 방식으로 배치 될 수도 있다. 그러한 배열의 경우, 코어 구조는 바람직하게 열교환기 하우징의 내부 표면에 단부에서 결합 될 수 있다.

바람직하게, 코어 구조는 솔리드 코어 바디로 할 수 있다. 그러나, 바람직하게 유동 채널을 통해 흐르는 가스가 동일하게 흐름 개구를 통해 흘러서 코어 바디의 외부 표면 뿐만 아니라 열 에너지도 흡수 할 수 있도록, 코어 바디가 흐름 개구를 갖게 할 수도 있다.

코어 바디와 관련하여, 이들은 바람직하게 적어도 흐름방향의 단면에서 횡단면이 원형, 타원형, 원형 세그먼트 모양, 원형 섹터 모양, 다각형, 특히 삼각형, 사변형, 특히 그네 모양, 사다리꼴 또는 직사각형, 오각형, 육각형, 또는 6개 이상의 변을 갖거나 이루어 진다. 코어 바디는 열전달과 관련된 열전달 영역을 추가로 증가시키기 위해 기본적으로, 동일한 용적의 유동 채널, 만입부 및/또는 돌출부를 가질 수 있다. 이러한 만입부 및/또는 돌출부는 코어 바디에 규칙적으로 또는 불규칙적으로 나타날 수 있다.

바람직한 구현예에서, 적어도 2개의 유동 채널은 서로 평행하게 진행된다.

더욱이, 열교환기 및/또는 하나 이상의 유동 채널은, 적어도 섹션에서 횡단면이 원형, 타원형, 원형 세그먼트 모양, 원형 섹터 모양, 다각형, 특히 삼각형, 사변형, 특히 그네 모양, 사다리꼴 또는 직사각형, 오각형, 육각형, 또는 6개 이상의 변을 갖거나 형태로 이루어 진다.

여기서, 하나 이상의 유동 채널은 횡단면 형상 및/또는 적어도 단면에서 각각의 메인 흐름방향으로의 단면적 측면에서 변경되는 단면을 가질 수 있다.

열교환기에 의해 흡수된 열 에너지가 가능한 많이 가열될 가스로 전달 될 수 있도록 하기 위해서, 바람직하게 열교환기 하우징과 그 내부에 제공된 유동 채널의 벽이 하나 이상의 특정적인 열전도성 재료로 구성된다. 상기 재료(들)는 양호하게, λ ≥ 50 Wm^-1K^-1, 바람직하게는 λ ≥ 75 Wm^-1K^-1, 특히 바람직하게는 λ ≥ 100 Wm^-1K^-1의 열전도율을 갖는다.

이러한 목적에 특히 적합한 재료는 예를 들어 금속 함량을 갖는 재료, 예를 들어 원소 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 탄화물 이다. 금속 함량은 바람직하게는 구리(Cu), 주석(Sb), 아연(Zn), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 베릴륨(Be), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 나트륨(Na), 철(Fe), 실리콘(Si) 및 탄탈(Ta)을 포함 할 수 있다. 특히 탄화 규소(SiC) 및 구리 합금을 포함하는 열교환기는 높은 열전도율로 인해 본 발명의 분사 장치에 적합하다. 특히 400℃ 이상의 온도에서, 열교환기는 주로 금속-세라믹 재료로 구성된다. 임의적인 경우에, 하소 될 재료를 오염시킬 수 있는 금속 또는 금속 화합물이 일반적인 온도에서 유리되지 않는 재료를 사용하여 제조 된다.

또한, 바람직하게 채널 배열이 열교환기 하우징 내에 삽입되고 그 안에 분리 가능하게 고정 될 수 있는 흐름 가이드 구조에 의해 적어도 부분적으로 형성 될 수 있다. 여기서, 흐름 가이드 구조는 예를 들어 흐름 가이드 요소를 결합함으로써 형성 될 수 있다. 이러한 유형의 구조의 장점은 열교환기 하우징이 예를 들어 중공 바디로써 제공될 수 있고, 채널 배열을 형성하기 위한 흐름 가이드 구조가 분사 장치를 조립하기 전에 그 안에 삽입 될 수 있다는 것이다. 흐름 가이드 구조를 분리 가능하게 고정하면 사용자가 특정 생산 단계에서의 요구 사항에 맞게 열교환기 내의 가스에 의해 커버되어야 하는 거리를 조정할 수 있다.

바람직하게 열교환기 하우징은 특히 채널 배열의 일부를 제공하는 하우징 캡을 포함 한다. 이 경우 열교환기의 일부와 채널 배열은 예를 들어 압출 프로파일 또는 압연 프로파일과 같이 단일체로 제조 될 수 있다. 다음, 열교환기는 하우징 캡에 의해 완성된다. 대안으로, 별도의 흐름 가이드 구조를 하우징 캡을 제거하고 열교환기 하우징 내에 삽입 할 수 있으며, 그 다음 상기 하우징 캡을 배치 할 수 있다.

바람직하게, 하우징 캡은 전환 영역을 형성 한다.

바람직한 구현예에서, 분사 장치는 하나 이상의 분사 노즐을 갖는 노즐 장치를 포함하며, 이에 의해 가스가 처리될 재료를 향하는 방향으로 공급 될 수 있다.

노즐 장치는 열 교환기와 독립된 구성요소로 있거나 또는 열 교환기에 포함될 수도 있는 것이다.

재료, 특히 배터리 캐소드 재료의 열적 또는 열화학적 처리를 위해, 특히 하소를 위해 공정 가스를 공정 공간에 반입하기 위한 본 발명에 따른 공정 가스 시스템에서, 상기 언급된 목적은 본 발명에 따른 적어도 하나의 분사 장치를 사용하는 공정 가스 시스템에 의해 달성되며, 상기 분사 장치는 분사 장치에 대해 상술한 특징 중 적어도 일부 특징을 갖는다.

재료, 특히 배터리 캐소드 재료의 열적 또는 열화학적 처리용, 특히 하소용 장치에서, 상기 장치는:

a) 하우징;

b) 하우징에 있는 공정 공간;

c) 재료가 적재된 재료 또는 캐리어 구조가 공정 공간 안으로 또는 통하여 이송방향으로 이송 될 수 있게 하는 이송 시스템;

d) 공정 공간에서 우세한 공정 공간 분위기를 가열 할 수 있는 가열 시스템; 및

e) 재료의 열적 또는 열화학적 처리를 하는 데 필요한 공정 가스를 공정 공간으로 공급할 수 있는 공정 가스 시스템을 포함하며;

상술한 목적은:

f) 공정 가스 시스템이 상기 유형의 공정 가스 시스템이고, 공정 가스가 분사 장치를 통해 재료 또는 재료가 적재된 캐리어 구조로 타겟 방식으로 공급 될 수 있고;

g) 공정 공간 분위기가 열 교환기 주위로 흐르고 그리고/또는 열 교환기에 열을 방출하여 공정 가스가 수동적으로 가열 될 수 있도록 배치되는 분사 장치에 의해서 이루어질 수 있다.

재료, 특히 배터리 캐소드 재료를 열적 또는 열화학적 처리를 위한, 특히 하소를 위한 방법에서,

a) 재료 또는 재료가 적재된 캐리어 구조는 재료를 열처리하기 위한 장치의 공정 공간을 통해 운반되고;

b) 공정 공간에서 우세한 공정 공간 분위기가 가열되고, 그리고

c) 열적 또는 열화학적 처리에 필요한 공정 가스가 공정 공간에 반입되며,

상술한 목적은,

d) 공정 가스가 공정 공간에 배치된 열교환기에 의해 가열되어 이루어질 수 있다.

공정 가스는 바람직하게 기본적으로 공정 공간 분위기의 온도에 상응하는 온도로 공정 공간에 공급될 수 있다.

더욱이, 바람직하게 상기 방법에서는 재료의 열적 또는 열화학적 처리를 위해 상술한 장치를 사용한다.

본 발명의 구현예를 도면을 참조하여 아래에 다음과 같이 예시 한다.
도 1은 공정 가스 시스템에 의해 공정 가스가 분사 장치를 통해 공정 공간 내로 반입되는, 재료의 열적 또는 열화학적 처리용 장치의 종단면도 이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각의 경우에 열 교환기가 공정 공간에 배치된 분사 장치의 실시예를 나타낸 도 1의 장치의 단면도 이다.
도 3a 및 도 3b는 각각의 경우에 열 교환기의 부분 섹션을 나타낸 도 2a 및 도 2b의 분사 장치의 부분 단면도 이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 열 교환기의 제1 실시예의 사시도 이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 열 교환기의 제2 실시예의 사시도 이다.
도 6a 및 도 6b는 열 교환기의 제3 실시예의 사시도 이다.
도 7a 및 도 7b는 열 교환기의 제4 실시예의 사시도 이다.
도 8a 내지 도 8c는 열 교환기의 3개의 추가 실시예의 단면도 이다.
도 9a 및 도 9b는 열 교환기의 제8 실시예의 사시도 이다.
도 10a 및 도 10b는 열 교환기의 제9 실시예의 사시도 이다.

바람직한 실시예에 대한 설명

먼저, 도 1 내지 도 2c를 참조한다. 도면에서, 10 은 재료(12)의 열적 또는 열화학적 처리를 위한 장치를 나타낸다. 이하에서, 장치(10)는 간단한 표시를 위해노(10)로 지칭 될 것이다. 도 2a 내지 도 2c에 있어서, 도 1에 표시된 모든 구성 요소 및 구성 부분에 다시 참조 번호를 제공하지 않은 것은 반드시 명료한 도시를 위해서는 아니다.

재료(12)는, 예를 들어, 배터리 생산시 노(10)에서 열처리를 통해 하소 되어야 하는 시작점에서 지칭된 바와 같은 배터리 캐소드 재료(14) 일 수 있다.

노(10)는 저부(16a), 상부(16b), 및 공정 공간(20)이 위치하는 내부 공간(18)을 경계로 하는 2개의 수직 측벽(16c 및 16d)을 갖는 하우징(16)을 포함한다. 따라서 하우징(16)은 공정 공간(20)의 하우징을 형성한다. 노(10)의 내부 공간(18)은 하우징(16)을 둘러싸는 별도의 하우징에 의해 선택적으로 형성 될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 공간(20)은 게이트(26)에 의해 각각 폐쇄 될 수 있는 하우징(16)의 입구(22) 및 출구(24) 사이에서 연장 될 수 있다. 대안적으로, 개방 입구(22) 및 개방 출구(24) 또는 이와 대조적으로 가스 기밀한 이중 게이트 잠금장치가 제공될 수 있으며, 이를 통해 주변 분위기로부터 노 내의 분위기의 분리를 보장 한다.

재료(12)는 이송 시스템(28)에 의해 이송 방향(30)으로 공정 공간(20)을 통해 운반된다. 이송 방향(30)은 도 1에서만 화살표로 나타내었다. 본 실시예에서, 노(10)는 연속 노로서 설계되었고, 특히 이송 시스템(28)이 노(10)를 통해 재료(12)를 운반하는 푸셔(pusher) 형 노로 설계되었다. 이를 위해, 이송 시스템(28)은 그 자체로 공지 된 바와 같이 복수의 지지 트레이(34)가 그를 따라서 밀려지는 이송 트랙(32)을 갖는다. 도 1에서는 하나의 지지 트레이 만 참조 번호와 함께 제공되었다.

이송 시스템(28)은 외부로부터 입구(22)를 통해 공정 공간(20) 내로 지지 트레이(34)를 밀어내는 동력공급 푸셔(powered pusher) 펀치(38)를 갖는 푸셔 장치(36)를 포함한다. 상기 지지 트레이(34)는 이송 방향(30)으로 제1지지 트레이(34)를 밀어 낸다. 지지 트레이들은 이미 공정 공간(20)에 있으며, 따라서 공정 공간(20)에 존재하는 모든 지지 트레이(34)가 한 위치만큼 밀리고, 이송 방향(30)의 마지막 지지 트레이(34)가 출구(24)를 통해 공정 공간(20) 밖으로 밀려 나간다.

별도로 도시하지 않은 변경예에서는, 연속 노에 대해 그 자체가 알려진 다른 설계도 가능하다. 이 시점에서 단순히 예를 들자면 롤러 노, 컨베이 벨트 노, 체인 이송 노, 연속 이동 노 등을 언급 할 수 있다. 다르게는, 재료(12)를 공정 공간(20) 내로 반입하고, 그로부터 다시 반출 할 수 있는 입구만을 갖는 배치(batch) 노로서, 노(10)를 구성 할 수도 있다. 이 경우에는, 재료(12)의 개별 배치(batch)가 이송 방향(30)으로 입구를 통해 공정 공간(20) 내로 반입되고, 열처리되고, 다음 이송 방향(30)과 반대 방향으로 입구를 통해 공정 공간(20)으로부터 다시 반출되며, 이러한 방식으로 공정 공간(20)을 통해 전체적으로 이송된다.

재료(12)는 그 성질에 따라 이송 시스템(28)에 의해 그 자체로 운반되며, 예를 들어 지지 트레이(34)에 직접 배치될 수 있다. 이것은 예를 들어 재료(12)가 구조적 작업물일 때 가능하다.

본 실시예에서, 배터리 캐소드 재료(14)의 경우에 재료(12)가 적재된 소성 접시(firing dishes)(42)로서 구성되는 캐리어 구조(40)가 제공되며, 이것의 영어 기술용어는 saggars 로 칭해지고 있습니다. 이러한 캐리어 구조(40)는 그 자체로 알려진 방식으로 서로에 대해 상부에 배치되어 복수의 레벨을 갖는 규칙적인 이송 랙(44)을 형성하며, 본 실시예에서는 각각의 경우에 이송 랙(44)을 형성하는 배터리 캐소드 재료(14)가 적재된 3개의 캐리어 구조(40) 및 각각의 경우에 상기 이송 랙(44)을 운반하는 지지 트레이(34)가 있다. 1개 이송 랙(44)에 대해 2개 또는 3개 이상, 예를 들어 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 레벨도 생각할 수 있고; 가능한 레벨의 수는 공정 공간(20) 및 캐리어 구조(40)의 높이에 크게 따른다. 일 변형예에서, 이송 랙(44)은 예를 들어 금속 또는 세라믹으로 제조된 별도의 구성 요소이며, 복수 레벨의 캐리어 구조(40)를 수용한다.

노(10)는 시장에서 알려진 가열 시스템(45)을 포함하며, 도 1에만 개략적으로 도시 했으며, 가열 시스템을 통해 공정 공간(20)에서 우세한 분위기를 가열 할 수 있다. 상기 분위기는 대류, 전자기 열 복사 또는 열 확산을 통해 알려진 방식으로 가열 될 수 있다. 따라서 예시된 가열 시스템은, 노 저부(16a), 노 상부(16b) 및/또는 수직 측벽(16c, 16d) 중 하나 상에 또는 그 내에 및/또는 공정 공간(20) 내에 분산 방식으로 배치 될 수 있는, 방열기 요소, 팬 가열 요소 등을 포함 할 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 노 분위기가 공정 공간(20)으로부터 인출되고, 가열 유닛에 의해 가열되고, 그리고 공정 공간(20)으로 다시 송풍되는 대류 가열 시스템이 가능하다.

재료(12)의 열처리는 공정 공간(20)으로부터 추출되어야 하는 배기 가스(46)의 형성을 초래할 수 있다. 이러한 배기 가스(46)는 도 2a 내지 도 2c에서 점선으로 표시되고, 참조 번호가 제공된다. 배터리 캐소드 재료(14)의 하소에서는, 예를 들어 물(H₂O) 또는 이산화탄소(CO₂)가 배기 가스(46)로서 형성된다. 또한, 리튬(Li) 함유 상(phases)이 유리(liberate) 될 수 있다.

공정 공간(20)으로부터 배기 가스(46)를 제거 할 수 있게 제공된, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 추출 시스템(48)은, 하우징(16)의 저부(16a)에 배출 개구(50)를 포함하며, 상기 개구를 통해 배기 가스(46)가 공정 공간(20)으로부터 배출된다. 배기 가스를 배출하는 데 필요하지만 그 자체로 알려져 있는 송풍기, 도관, 필터 등과 같은 구성 요소는 도면의 명료한 도시를 위해 구체적으로 도시하지 않았다.

공정 가스가 필요한 열처리용 재료(12)는 노(10)에서 열처리 될 수 있다. 상술되어진 배터리 캐소드 재료(14)의 경우, 예를 들어 효과적인 하소를 위해서는 산소(O₂)가 필요하며, 산소는 공정 공간(20) 내로 조절된 공기의 형태로 송풍된다. 이 경우, 공기는 결과적으로 이러한 공정 가스를 형성한다. 그 안에 존재하는 산소(O₂)는 반응하여 금속 산화물을 형성하고, 물(H₂O)과 이산화탄소(CO₂)가 형성된다. 다른 공정에서는 다른 공정 가스가 필요할 수 있다. 일부 공정에서는 산소가 풍부한 공기 또는 순수한 산소가 필요하며, 이러한 공정 가스의 산소 함량은 21% 내지 100% 일 수 있다. 불활성 가스, 예를 들어 노블(noble) 가스는 비마찰 열적 또는 열화학적 처리에 필요한 공정 가스 일 수도 있다.

따라서, 노(10)는 열처리에 필요한 공정 가스(54)가 공정 공간(20)으로 반입 될 수 있게 하는 공정 가스 시스템(52)을 포함한다.

공정 가스 시스템(52)은 차례로 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 도시된 적어도 하나의 분사 장치(56)를 포함하고, 분사 장치에 의해 가스(여기서는 공정 가스(54))가 재료(12)에 공급될 수 있다. 도 1은 복수의 분사 장치(56)를 도시했으며, 그 일부 만이 참조 번호가 표기 되었다. 분사 장치(56)는 공정 가스(54)가 분사 장치로 반입될 수 있게 하는 입구(58) 및 공정 가스(54)가 분사 장치(56)로부터 반출될 수 있게 하는 적어도 하나의 출구(60)를 가지며, 입구(58)는 단지 도 3a 및 도 3b에만 도시되었다. 입구(58)와 출구(60)는 공정 가스(54)가 통과 할 수 있는 유로(62)에 의해 서로 유체적으로 연결된다.

유로(62)는 외부에서 주변 대기로, 여기서는 공정 공간(20)에서 우세한 공정 공간 분위기(66)로 접근할 수 있는 열교환기 하우징(68)을 가진 열교환기(64)를 포함하며, 하우징은 이하에서 HE 하우징(68)으로 지칭 될 것이다. 적어도 2개의 유동 채널(72)을 포함하는 채널 배열(70)은 HE 하우징(68)에 수용된다.

공정 가스(54)는 공정 공간 분위기(66)의 열을 사용하고, 그 열을 공정 가스(54)로 전달하여서, 열교환기(64)에 의해 출구(60)로의 유로(62)를 따라서 가열 된다.

도 3a는 2개의 유동 채널(72), 즉 제1 유동 채널(72.1) 및 제2 유동 채널(72.2)을 가진 채널 배열(70)을 도시한다. 이러한 방식으로 구성된 분사 장치(56)가 또한 도 2a에 도시되었다. 도 3b는 3개의 유동 채널(72)을 갖는 채널 배열(70)을 도시하며, 여기에는 제3 유동 채널(72.3)도 있으며, 그러한 분사 장치(56)가 또한 도 2b 및 도 2c에 도시되어 있으며, 이것에 대해서는 아래에서 추가로 논의 될 것이다. 명확한 설명을 하기 위해서 동일한 구성 요소 및 구성 부분이 항상 별도의 참조 번호를 제공한 것은 아니다.

공정 가스(54)는 유동 채널(72)을 통해 흐를 수 있으며, 도시되지 않은 변형예에서 유동 채널은 또한 HE 하우징(68) 내에 분리되어 위치한 튜브 요소로 구성된다. 채널 배열(70)에서, 전환 영역(74)은 각각의 경우에 흐름 방향으로 2개의 연속한 유동 채널(72) 사이에 형성되어, 공정 가스(54)가 2개의 연속한 유동 채널(72)을 통해 다른 메인 흐름 방향으로 흐른다. 특정적으로, 전환 영역(74.1)은 제1 유동 채널(72.1)과 제2 유동 채널(72.2) 사이에 위치하며, 도 3b의 변형예에서는 제2 전환 영역(74.2)이 또한 제2 유동 채널(72.2)과 제3 유동 채널(72.3) 사이에 위치한다.

본 발명의 목적을 위해, 전환 영역(74)은 공정 가스(54)의 메인 흐름 방향이 변경되는 임의의 영역이다. 메인 흐름 방향이라는 표현은 유동 채널(72)을 통한 공정 가스(54)의 흐름 방향을 고려할 때 유동 채널(72)에서 발생할 수 있는 난류 또는 와류가 무시된다는 것을 나타내기 위한 표현이다. 특히, 전환 영역(74)을 통과하는 채널의 경로가 급격하게 변경하는, 예를 들어, 전환 영역(74)에서의 U-자형 채널에 의해 전환이 일어날 수 있다. 전환 영역(74) 상류의 메인 흐름 방향이 전환 영역 하류의 메인 흐름 방향과 다른 경우, 채널 경로에서의 곡선 변화가 또한 전환 영역(74)에서 형성 될 수 있다.

재료(12)에 공정 가스(54)를 공급할 수 있도록, 분사 장치(56)는 또한 복수의 분사 노즐(76a)을 포함하는 노즐 장치(76)를 가지며, 노즐에 의해서 공정 가스(54)가 처리될 재료(12)를 향하는 방향으로 공급될 수 있다. 여기서 노즐 장치(76)는 도 3a에 도시된 바와 같이 HE 하우징(68)에 통합 될 수 있다. 노즐 장치(76)는 또한 도 3b에 도시된 바와 같이 별도의 유닛 일 수 있다.

개별적 분사 노즐(76a)은 예를 들어 원형 개구, 타원형 개구, 또는 슬릿으로 구성될 수 있는 간단한 출구 개구에 의해 형성 될 수 있다. 분사 노즐(76a)은 이동 가능하여 공급되는 국부적인 공정 가스(54)의 유출 방향이 각 분사 노즐(76a)에 대해 개별적으로 설정 될 수 있다. 이것은 도면에서 구체적으로 도시하지 않았다. 또한, 분사 노즐(76a)은 소성 접시(42) 및/또는 재료(12)를 향하는 방향으로 공정 가스(54)를 공급하기 위해 저부(16a) 및/또는 이송 방향(30)에 대해 일정 각도로 비스듬히 노즐 장치(76) 상에 배치 될 수 있다. 여기서, 노즐 장치(76)에 배치된 모든 분사 노즐(76a)은 상이한 각도 또는 동일한 각도로 공정 가스(54)를 배출 할 수 있다.

공정 공간(20) 내의 모든 소성 접시(42) 및 재료(12)는 분사 장치(56)의 노즐 장치(76)를 통해 공정 가스(54)가 대체로 균일하게 공급되고 처리되어서, 모든 소성 접시(42)에서의 재료(12)의 열처리가 매우 빠르게 재현 가능하고 균일하게 진행된다.

한편으로, 이와 같이 하여서 공정 가스(54)가 재료(12)의 공정 위치에 도달하고, 다른 한편으로, 형성된 배기 가스(46), 현재의 경우에는 물(H₂O) 또는 이산화탄소(CO₂)가 공정 가스(54)로 대체되어서, 그 결과 배기 가스(46)가 추출 시스템(48)에 의해 공정 공간(20)에서 효과적으로 추출될 수 있다.

공정 가스(54)의 직접 방출은 재료(12)의 바로 근처에서 가스 분압을 변경하고, 이는 차례로 공정 매개변수에 영향을 미치고, 그에 따라 결과적으로 형성된 제품의 화학적 및 물리적 특성에 영향을 미친다.

더욱이 이러한 방식으로 생산된 제품의 품질이 향상 될 수 있고, 불량 생산을 줄일 수 있다. 또한, 공정 가스(54)가 절약 될 수 있다.

분사 노즐(76a)로부터의 공정 가스(54)의 직접적인 배출은 또한 처리될 재료(12) 근처의 온도에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 예를 들어, 열교환기(64)를 통과하는 거리가 공정 가스(54)를 공정 공간 분위기(66)의 온도로 가열하기에 의도적으로 충분하지 않게 했을 때, 재료(12) 부근의 온도는 균일화 될 수 있고, 재료(12)에서 특히 불균일한 온도 프로파일이 일어날 수 있다. 이러한 효과는 공정 가스 시스템(52)을 통한 공정 가스(54)의 적절한 사전 조절에 의해서, 또한 분사 장치(56)로 공정 가스(54)를 적절하게 방출시켜서 일어나게 할 수 있다.

분사 장치(56)를 통한 공정 가스(54)의 방출은 연속적으로 또는 펄스식으로 일어날 수 있다. 이것은 공정 가스 시스템(52)의 적절한 제어 및 적절한 제어 수단으로 설정 된다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 서로 다르게 구성되거나 배치된 열교환기(64)를 가진 분사 장치(56)를 도시하며, 도면에서 노즐 장치(76)의 분사 노즐(76a)은 도 1에서와 같이 각각 수직 방향을 따라 이송 트랙(32) 옆에 배치된다. 그러나, 본 발명은 또한 상부(16b) 및/또는 수직 측벽(16c, 16d)을 가진 90°와는 다른 각도를 포함하는 분사 노즐(76a)의 배열도 포함한다.

도 2a는 상술한 바와 같이 도 3a의 분사 장치(56)의 변형을 나타낸다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 열교환기(64)는 공정 가스(54)를 가열하기 위해 매우 높은 열 함량을 가진 공정 공간 분위기(66)의 영역을 이용하도록 이송 방향(30)을 가로 지르는 노(10)의 상부(16b)에 인접하여 작동한다. 노즐 장치(76)은 노(10)의 상부(16b)를 따라 작동하는 열교환기(64)로부터 수직으로 하방향으로 돌출하여 있다.도 2c는 수직 측벽(16c)에 대한 변형으로 이송 방향(30)에 대해 평행하게 위치한 열교환기(64)의 대안적인 배열을 도시한다.

도 4a 및 도 4b는 분사 장치(56)의 열교환기(64)의 제1 실시예를 나타내고, 도 5a 및 도 5b는 제2 실시예를 나타내며, 각각의 경우에서 전환 영역(72.1)에 의해 연결된 2개의 유동 채널(72.1 및 72.2)이 위치하여 있다. HE 하우징(68) 내의 2개의 유동 채널(72.1 및 72.2) 및 전환 영역(74.1)은 분할 격벽(80)의 유형으로 작용하는 흐름 가이드 요소(78)에 의해 형성되어, 제1 유동 채널(72.1), 전환 영역(74.1) 및 제2 유동 채널(72.2)을 가진 채널 배열(70)이 HE 하우징(68)의 하우징 외벽(82) 및 흐름 가이드 요소(78)에 의해 형성된다.

이러한 방식으로, 분사 장치(56)에서 열교환기(64) 내의 공정 가스(54)에 의해 커버되는 거리는 출구(60)까지의 직접적 유로와 대비하여 증가된다. 바람직하게, 도 3a 내지 도 10b에 도시된 바와 같이, 분사 장치(56)의 열교환기(64)에서 커버하는 거리는 하나 이상의 전환 영역(74) 또는 하나 이상의 가이드 격벽(80)을 갖지 않은 열교환기(64)의 경우보다 적어도 2배 더 길다. 이것은 공정 가스(54)가 출구(60)에 도달하기 전에 흡수될 열 에너지의 입수를 최대로 하도록 열교환기(64) 내에서 매우 긴 거리를 커버하는 것을 보장 한다. 따로 도시하지 않은 변형예에서, 복수의 분할 격벽(80)은 예를 들어 열교환기(64)의 하우징 외벽(82)의 반대편 길이 방향 측면에 지그재그 배열로 또는 교대로 길이 방향을 가로 질러 배치 될 수 있다. 본 발명은 또한 열교환기(64) 내의 공정 가스(54)에 의해 커버되는 거리가 하나 이상의 가이드 격벽(80)을 갖지 않은 것보다 적어도 2배는 길지 않은 열교환기(64)를 포함하는 것이다.

도시되지 않은 다른 실시예에서, 복수의 가이드 격벽(80)은 열교환기(64)를 통해 공정 가스 흐름에 대해 복수의 메인 와류로 구성된 난류를 발생하는 방식으로 배치된다.

도 4a 내지 도 5b에 도시된 실시예에서는, 열 교환기(64)의 공통 연결 단부(88)에서 열 교환기(64)의 입구(84) 및 출구(86)를 갖고 있다. 도 4a 및 도 4b의 실시예에서, 열교환기(64) 내로 흐르는 공정 가스(54)의 유입 흐름방향은 열교환기(64)로부터 나가는 유출 흐름방향과 평행하면서 반대방향이다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에서, 열교환기(64)의 출구(86)는 공정 가스(54)가 유입 방향에 대해 수직한 방향으로 열교환기(64)로부터 유출되는 방식으로 연결 단부에서 구성된다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 3개의 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3) 및 2개의 전환 영역(74.1, 74.2)을 갖는 열교환기(64)의 실시예에서, HE 하우징(68)은 예를 들어 정삼각형 단면을 갖는 세장형 프리즘(elongated prism)으로서 구성된다.

3개의 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3) 및 2개의 전환 영역(74.1, 74.2)은 3개의 세장형 분할 격벽(80.1, 80.2, 80.3)으로 형성되며, 상기 격벽은 단면으로 공통 접촉 라인 둘레로 120도 각도로 별 모양으로 배치된다. 이러한 방식으로, 각각의 경우에 2개의 분할 격벽, 즉 분할 격벽(80.1, 80.2), 분할 격벽(80.2, 80.3) 및 분할 격벽(80.3, 80.1) 그리고 각각의 경우에 또한 HE 하우징(68)의 하우징 외벽(82)이 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3)을 각각 형성한다.

변형예에서, 각 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3)은 각각의 경우에서 2개의 다른 유동 채널(72.2 및 72.3, 72.1 및 72.3 또는 72.1 및 72.2)에 의해 형성되는 기준 평면(E_S)에 대해 상대적으로 오프셋 된 평면에 놓인다. 이것은 도 8a를 예를 들어도 8a, 도 8b 및 도 8c와 관련하여 아래에서 추가로 설명한다.

이러한 3개의 유동 채널(72)의 경우에는, 열교환기(64)의 입구(84) 및 출구(86)가 HE 하우징(68)의 반대쪽 단부에 배치되어, 각각의 경우에서 열교환기(64)의 입구 단부(90) 및 출구 단부(92)가 그 단부에 형성된다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 열교환기(64)의 실시예에서, 4개의 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3, 72.4) 및 3개의 전환 영역(74)이 4개의 분할 격벽(80.1, 80.2, 80.3, 80.4)에 의해 형성되며, 제2 및 제3 전환 영역(74.2, 74.3) 만을 볼 수 있다. 제3 전환 영역(74.3)에 있어서 HE 하우징이 개방되어 도시되었다. HE 하우징(68)은 예를 들어 원형 단면을 갖는 세장형 튜브로서 구성된다.

4개의 유동 채널(72)의 이러한 구성에서, 열교환기(64)의 입구(84) 및 출구(86)는 다시 공통 연결 단부(88)에 배치된다.

개별적으로 도시되지 않는 변경예에서, 채널 배열(70)은 하나 이상의 추가 유동 채널(72) 및 각각의 경우에 각각의 유동 채널(72) 앞에 전환 영역(74)을 포함하여, 공정 가스(64)가 2개의 연속한 유동 채널(72)을 통해 상이한 메인 흐름 방향으로 흐른다.

모든 실시예에서 열교환기(64)는 공통적으로 적어도 3개의 유동 채널(72)이 구불구불한 흐름 경로(94)를 형성하는 적어도 3개의 유동 채널(72)을 갖는다. 이러한 구불구불한 흐름 경로(94)는 하나 이상의 평행한 평면 상으로 연장 될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 열교환기(64)의 변형예를 나타내며, HE 하우징이 도 7의 실시예에서와 같이 원형 단면을 갖는 세장형 튜브로 구성되지만 3개의 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3)은 다시 각각의 경우에서 도 6의 실시예에서의 경우와 같이 서로에 대해 오프셋 관계로 배치된다.

상술한 평면(E_S) 중 하나는 도 8a에 예시된 바와 같이 유동 채널(72.1 및 72.2)의 단면의 2개의 기하학적 무게 중심(96.1 및 96.2) 사이에 고정되며, 평면(E_S)은 도면의 평면에 대해 수직하여 있다. 제3 유동 채널(72.3)의 제3 기하학적 무게 중심(96.3)은 상술한 바와 같이 이 평면(E_S)에 대해 오프셋 된다.

도 8a에 도시된 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3)의 단면은 본 실시예에서 평면 으로 있는 분할 격벽(80.1, 80.2)에 의해 형성된 원의 섹터 및, HE 하우징(68)의 하우징 외벽(82)을 구비한다. 원의 섹터 형태의 단면을 갖는 이러한 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3)은 유동 채널(72.1)에서 나가서 HE 하우징(68)의 원형 단면의 중심 점(M)을 중심으로 120도의 동일한 각도로 회전한다.

공통 축을 따라 배치된 3개의 분할 격벽(81.1, 80.2, 80.3)은 서로 간에 사이가 동일하거나 상이한 경사각(α, β, γ)을 포함하며, 경사각이 다른 경우, 경사각은 바람직하게 α = 100°, β = 120° 및 γ = 140°이다.

도 8b는 열교환기(64)의 변형 실시예를 단면으로 나타낸 도면이다. 여기서 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3)의 단면은 둥근 모서리(97)를 갖고, 다른 단면적을 갖는다.

도 8c는 유동 채널(72.1, 72.2, 73.3)에 주어진 코어 구조(98)를 예시하며,본 실시예에서는 코어 바디(100)에 의해 제공된다. 이러한 코어 구조(98)는 코어 구조(98)를 갖지 않은 열교환기(64)와 비교하여, 열교환기(64)의 열전달에 관여하고, 열교환기(64)를 통과할 수 있는 공정 가스(54)가 열교환기(64)를 통과하는 동안 열적으로 상호작용하는 열교환기(64)의 면적을 증가시킨다. 또한, 공정 가스(54)가 그를 통해 흐를 수 있는 유동 채널의 단면은 이와 관련하여 감소되어서, 그 결과, 공정 가스(54)는 열교환기(64)를 통해 더 큰 유속으로 흐를 수 있고, 열 전달 표면과 직접 접촉하게 되는 공정 가스(54)의 용적 비율은 증가하게 된다. 유속이 빠를수록 열전달 효율도 증가한다.

도 9a 및 도 9b는 노즐 장치(76)가 열교환기(64)에 의해 둘러싸이는 실시예를 나타낸 도면이다. 이를 위해, 노즐 장치(76)의 분사 노즐(76a)은 HE 하우징(68)의 하우징 외벽(82)에 통합된다. 도시된 바와 같이, 제공된 제3 유동 채널(72.3)은 공정 가스가 분사 노즐(76)에 도달하는 분배기 채널(102)로 개방되어 있다. 분사 노즐(76)은 일 구현예에서 HE 하우징(68)에 있는 관통-개구 일 수 있다. 분배기 채널(102)은 또한 열교환기(64)의 일부로서 작동할 수 있으며, 이 경우에는 분배기 채널로서의 기능에 더하여 공정 가스(54)가 상류에 위치한 제3 전환 영역(74.4)을 통해 흘러 들어가는 열교환기(64)의 제4 유동 채널(72.4)을 형성 할 수 있다.

열교환기(64)의 제조를 단순하게 하기 위해서, HE 하우징(68)은 도 10a 및 도 10b에 도시된 실시예에서 대향 단부 면에 설치될 수 있는 하우징 캡(104)을 갖는다. 상기 하우징 캡은 채널 배열(70) 및 HE 하우징(68)의 일부를 제공할 수 있다. 여기서는 하우징 캡(104)이 전환 영역(74)을 제공하고, 또한 하나 이상의 입구(58) 및/또는 하나 이상의 출구(60)를 가질 수 있다. 따라서 열교환기(64)는 개별 부품으로 생산 할 수 있고, 조립하는 중에 하우징 캡(104)을 설치하여서만 완성 될 수 있다.

구체적으로 도시되지 않은 다른 변형예에서, HE 하우징(68) 내의 채널 배열(70)은 분리된 흐름 가이드 구조를 HE 하우징(68)에 삽입하고, 그 곳에 고정함으로써 형성된다. 이 경우에는, 흐름 가이드 구조를 분리 가능하게 고정 시킬 수 있어서, 예를 들어 사용된 흐름 가이드 구조로 형성된 채널 배열이 공정 가스(54)를 공정 공간 분위기(66)의 온도까지 가열하기에 충분하지 않은 것으로 판단한 경우, 필요에 따라 다른 흐름 가이드 구조로 대체 될 수 있다.

하우징 캡(104) 또는 삽입 가능하고 선택적으로 교환 가능한 흐름 가이드 구조를 가진 상술한 설계는 상술한 모든 실시예에서 구현 될 수 있다.

본 발명에 따라서, 열교환기 하우징(68), 분할 격벽(80.1, 80.2, 80.3), 코어 구조(98) 및/또는 하우징 캡(104)은 λ ≥ 50 Wm^-1K^-1, λ ≥ 75 Wm^-1K^-1 또는 λ ≥ 100 Wm^-1K^-1의 특정 열전도율을 갖는 하나 이상의 재료로 제조된다. 금속 함량을 갖는 재료, 예를 들어 원소 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 탄화물이 이러한 목적에 특히 유용하다. 언급될 수 있는 예시적인 금속은 구리(Cu), 주석(Sb), 아연(Zn), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 베릴륨(Be), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 나트륨(Na), 철(Fe), 실리콘(Si) 및 탄탈(Ta) 이다.

Claims

가스(54), 특히 공정 가스를 재료(12), 특히 하소 될 배터리 캐소드 재료(14)에 공급하기 위한 분사 장치이며:
a) 가스(54)가 유로(62)에 의해 서로 연결되며, 가스(54)를 분사 장치(56)로 공급할 수 있는 적어도 하나의 입구(58) 및 분사 장치(56)로부터 가스(54)를 배출할 수 있는 적어도 하나의 출구(60)를 포함하는, 분사 장치에 있어서;
b) 유로(62)는, 외부로부터 주변 대기(66)로 접근 할 수 있고 채널 배열(70)이 수용되는 열교환기 하우징(68)을 갖는 열교환기(64)를 구비하고;
c) 채널 배열(70)은 제1 유동 채널(72.1) 및 제2 유동 채널(72.2)을 포함하며, 그 사이에 전환 영역(74.1)이 형성되어 가스(54)가 제1 유동 채널(72.1) 및 제2 유동 채널(72.2)을 통해 상이한 메인 흐름 방향으로 흐를 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항에 있어서, 상기 채널 배열(70)은 제3 유동 채널(72.3)을 가지며, 가스(54)가 제2 및 제3 유동 채널(72.2, 72.3)을 통해 상이한 메인 흐름 방향으로 흐를 수 있도록 제2 전환 영역(74.2)이 제3 및 제2 유동 채널(72.3, 72.2) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 유동 채널(72.1, 72.2, 72.3)은 구불 구불한 유로(94)를 형성하는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 제1 및 제2 유동 채널(72.1, 72.2), 제1 및 제3 유동 채널(72.1, 72.3), 또는 제2 및 제3 유동 채널(72.2, 72.3)은 공통 평면(E_S)을 형성하고, 제3(72.3) 또는 제2(72.2) 또는 제1(72.1) 유동 채널(72)은 상기 평면(E_S)에 대해 오프셋되거나 또는 그에 대해 일정 각도로 배치된 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 채널 배열(70)은 하나 이상의 추가 유동 채널(72; 72.1, 72.2, 72.3, 72.4) 및 각각의 경우에 각 추가 유동 채널(72, 72.1, 72.2, 72.3, 72.4) 전방에서 전환 영역(74, 74.1, 74.2, 74.3)을 포함하여, 상기 가스(54)가 2개의 연속한 유동 채널(72; 72.1, 72.2, 72.3, 72.4)을 통해 상이한 메인 흐름방향으로 흐를 수 있게 한 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 코어 구조(98)가 하나 이상의 유동 채널(72; 72.1, 72.2, 72.3, 72.4)에 제공되는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 유동 채널(72; 72.1, 72.2, 72.3, 72.4)이 서로 평행하게 진행되는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기(64) 및/또는 하나 이상의 유동 채널(72; 72.1, 72.2, 72.3, 72.4)은 적어도 단면에서, 횡단면이 원형, 타원형 이거나, 원형 세그먼트 모양을 갖거나, 원형 섹터 모양을 갖거나, 다각형, 특히 삼각형, 사변형, 특히 그네 모양, 사다리꼴 또는 직사각형, 오각형, 육각형 이거나, 또는 6개 이상의 변을 갖는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 유동 채널(72; 72.1, 72.2, 72.3, 72.4)이 적어도 단면에서 각각의 메인 흐름방향으로 횡단면을 변경하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기 하우징(68) 및 그 내부에 제공된 유동 채널(72; 72.1, 72.2, 72.3, 72.4)의 벽은 λ ≥ 50 Wm^-1K^-1, 바람직하게는 λ ≥ 75 Wm^-1K^-1, 특히 바람직하게는 λ ≥ 100 Wm^-1K^-1의 특정적인 열전도율을 갖는 하나 이상의 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 채널 배열(70)은, 열교환기 하우징(68) 내에 삽입될 수 있고 그리고 내부에 분리 가능하게 고정될 수 있는 흐름 가이드 구조에 의해 적어도 부분적으로 형성 될 수 있는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기 하우징(68)은 특히 채널 배열(70)의 일부를 제공하는 적어도 하나의 하우징 캡(104)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제12항에 있어서, 하우징 캡(104)은 가스(54)를 열교환기(64)로 공급하는 적어도 하나의 입구(58) 및/또는 가스(54)를 열교환기(64)로부터 배출하는 출구(60)를 구비하는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 장치(56)는 하나 이상의 분사 노즐(76a)을 갖는 노즐 장치(76)를 포함하며, 상기 노즐에 의해 가스(54)가 처리될 재료(12)를 향하는 방향으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제14항에 있어서, 노즐 장치(76)는 열교환기(64)에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 분사 장치.
재료(12), 특히 배터리 캐소드 재료(14)의 열적 또는 열화학적 처리, 특히 하소를 위한 공정 가스(54), 특히 공정 가스(54)를 반입하기 위한 공정 가스 시스템에 있어서, 상기 공정 가스 시스템(52)은 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 적어도 하나의 분사 장치(56)를 포함하는 것을 특징으로하는 공정 가스 시스템.
재료(12), 특히 배터리 캐소드 재료(14)의 열적 또는 열화학적 처리용, 특히 하소용 장치이며:
a) 하우징(16; 16a, 16b, 16c, 16d);
b) 하우징(16; 16a, 16b, 16c, 16d)에 제공된 공정 공간(20);
c) 재료(12) 또는 재료(12)가 적재된 캐리어 구조(40)가 공정 공간(20) 내로 또는 통해서 이송 방향(30)으로 이송 될 수 있게 하는 이송 시스템(28);
d) 공정 공간(20)에 우세한 공정 공간 분위기(66)를 가열 할 수 있는 가열 시스템(45); 및
e) 재료(12)의 열적 또는 열화학적 처리에 필요한 공정 가스(54)를 공정 공간(20)에 공급할 수 있는 공정 가스 시스템(52)을 포함하는, 장치에 있어서;
f) 공정 가스 시스템(52)은 제16항에 따른 공정 가스 시스템(52)이고, 공정 가스(54)는 분사 장치(56)를 통해 재료(12) 또는 재료(12)가 적재된 캐리어 구조(40)로 타겟 방식으로 공급 될 수 있고;
g) 분사 장치(56)는 공정 공간 분위기(66)가 열교환기(64) 주위로 흐르거나 및/또는 열을 방출하여 공정 가스(54)가 수동적으로 가열 될 수 있도록 배치된 것을 특징으로하는 장치.
재료(12), 특히 배터리 캐소드 재료(14)의 열적 또는 열화학적 처리, 특히 하소를 위한 방법에서,
a) 재료(12) 또는 재료(12)가 적재된 캐리어 구조(40)는 재료(12)의 열처리를 위한 장치(10)의 공정 공간(20)을 통해 운반되며;
b) 공정 공간(20)에서 우세한 공정 공간 분위기(66)가 가열되고;
c) 열적 또는 열화학적 처리에 필요한 공정 가스(54)가 공정 공간(20) 내로 반입되는, 방법에 있어서,
d) 상기 공정 가스(54)는 공정 공간(20)에 배치된 열교환기(64)에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 공정 가스(54)가 공정 공간 분위기(66)의 온도에 기본적으로 대응하는 온도로 공정 공간(20)으로 반입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 제17항에 따른 장치(10)를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.